铝污泥生物填料，聚丙烯纤维生物填料以及二者与Myriophyllum sp结合处理效果的现场小型模拟研究。在黑臭的河水中。结果表明：铝污泥生物填料能调节水体的pH，桃金娘能增加水体的溶解氧（DO）浓度，创造有利于微生物生长的微环境。铝污泥生物填料的水质优于聚丙烯纤维生物填料。出水水质基本符合GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准；铝污泥-Myriophyllum组合对水污染物的去除效果最好，出水水质优于GB 3838-2002的Ⅳ类标准。CODCr，TP，TN和NH3-N的去除率为74.62％， 93.59％，93.19％和96.46％。

关键字：铝泥；桃金娘属；反硝化除磷黑臭水体

近年来，工业废水和生活污水已大量排入河流。黑臭现象日益严重，严重影响城市形象和居民健康。因此，如何有效净化黑臭河水体成为城市健康发展的重中之重[1,2,3]。生态生物修复技术因其成本低，管理方便，美化环境等特点而成为近年来研究和应用的热点[4，5]。生态生物修复技术的处理效率受多种因素的影响，其中填料是最核心，最基本的成分，是黑臭河道修复效果的关键因素。填料的改进和合理配置与能否使用该技术有关。正常发挥污染控制效率的关键[6]。作为自来水厂生产过程中的副产品，铝污泥包含大量的铝离子及其聚合物，当用作生物填料时，可以有效提高除氮和除磷的效果[7,8]。笔者将铝污泥生物填料与桃金娘藻结合高效净化，以普通生物填料聚丙烯纤维为对照，模仿天然河道构建生物填料体系，研究和分析了该系统的反硝化脱磷效果。为处理河流中的黑色和有臭味的水体提供技术支持。

1材料与方法

1.1测试材料

铝污泥取自自来水厂，主要成分为Al2O3，浓度为38.62％〜体积为45.84％，密度为（1.18±0.10）g·Mcm 3，孔隙率为40％，比表面积为21.54〜36.50m 2·Mg，电导率为0.010 4〜0.014 0 S·Mm。

将铝污泥的原料搅拌并造粒后，在105〜120°C下干燥2〜3 h以去除水分；在500〜600°C下厌氧焙烧6〜8 h，自然冷却后，装入40 cm×8 cm×8 cm尼龙网袋中，制备铝污泥生物填料。

聚丙烯纤维生物填充剂可商购获得，其密度为0.90〜0.92 g Mcm3，长度为40 cm，直径为8 cm。

桃金娘属植物取自南京的一个湖，将桃金娘属植物放在有机玻璃柜中并用自来水曝气栽培，每3天换水以确保悬浮物吸附在植物上表面已被冲洗。

1.2水质分析

测试水取自南京江宁区外港河，河道宽度为10 m，流速为0.54 m Md，CODCr为120 mg ML，TP浓度为4 mg ML，TN浓度为20 mg ML，NH3-N浓度为10 mg ML，pH为5.5〜6.5。

1.3生物填充物试验系统

在河边建立生物填充物试验系统，如图1所示。

小型测试系统主要包括诸如进水池，控制区和生物填充区，其中生物填充区由四个处理组组成，分别是聚丙烯纤维生物填充组，铝污泥生物填充组，聚丙烯纤维-Myriophyllum组和铝污泥-桃金娘组，每组有另一个平行测试，取平均值；带有聚丙烯纤维生物填充物和铝污泥生物填充物的网格框架由钢结构制成。生物膜悬挂膜采用自然的悬挂膜，网架放置在水面以下，生物填充物依次悬挂在网架上8厘米沿池体长边的间隔，平行方向有7行，垂直方向有4行； Fox Sargassum种植在生物填充区的上部，种植密度为100株植物和Mm2。小型测试系统各部分的规格如表1所示，生物填充剂和金角藻组合组的横截面如图2所示。

小孢子囊菌在小规模的测试系统和生物膜的自然悬挂下，该实验在手术一个月后才正式开始。实验采用连续进水方式，蠕动泵用于从进水口和出水口顶部调节进水流量。该小型测试系统的水量为360 L·Md，表面水力负荷为0.3 m3·M（m2·d），水力停留时间为2 d。测量系统的出水水质，主要检测TP，TN，NH3-N浓度和CODCr。 CODCr用重铬酸盐法测定。 TP浓度通过钼酸铵分光光度法（紫外可见分光光度计，UV1200，MAPADA）测定； TN和NH3-N的浓度通过气相分子吸收光谱法（气相分子吸收光谱仪，GMA3510，Semp）测定。

2测试结果

2.1溶解氧浓度

2.2 pH

系统运行期间不同处理组的出水的pH随时间变化如图4所示。从图4可以看出，出水的pH不同处理组之间的差异很大，其中铝污泥生物填料组和铝污泥-桃金娘组废水的pH值相对稳定，在7左右波动。聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-Myriophyllum组的出水pH随时间波动很大。聚丙烯纤维-Myriophyllum组的流出物的pH维持在6.5以上，而聚丙烯纤维生物填充组的流出物的pH基本上低于6.5，这与流入物的pH不同。不大。

2.3 CODCr去除效果

系统运行期间不同处理组的CODCr流出物随时间的变化如图5所示。从图5可以看出，去除效果不同处理组的CODCr分别为铝污泥-Myriophyllum聚丙烯纤维-Myriophyllum铝污泥生物填料组聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-Myriophyllum组对CODCr的去除效果最好，平均去除率为74。62％;聚丙烯纤维-Myriophyllum组紧随其后，平均去除率为69.71％。铝污泥生物填料组去除CODCr效果不佳，平均去除率为65.96％；聚丙烯纤维生物填料组的去除效果最差，平均去除率仅为59.94％。铝污泥-Myriophyllum组的平均CODCr可以达到GB 3838-2002的IV类标准（30 mg ML），聚丙烯纤维-褐藻组和铝污泥生物填料组的平均CODCr可以达到GB 3838-2002 V类标准（40 mg ML），聚丙烯纤维生物填料组对CODCr具有一定的去除效果，但其平均出水CODCr处于较高水平，不符合GB 3838-2002 V类标准。

2.4 TP去除效果

在系统运行期间，来自不同处理组的废水的TP浓度随时间变化，如图6所示。从图6可以看出，不同处理组对TP的去除效果是铝污泥-Myriophyllum spp。铝污泥生物填料组聚丙烯纤维-Myriophyllum spp。聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-Myriophyllum组和铝污泥生物填料组对TP的去除效果更好，平均去除率分别为93.59％和93.38％。其次是聚丙烯纤维-Myriophyllum组，平均去除率为90.55％；聚丙烯纤维生物填料组的去除效果最差，平均去除率为84.04％。铝污泥-Myriophyllum组和铝污泥生物填料组废水的平均TP浓度达到GB 3838-2002 IV级标准（0。聚丙烯纤维-Myriophyllum组废水的平均TP浓度达到GB 3838 ― 2002 V类标准（0.4 mg ML），聚丙烯纤维生物填料组废水的TP平均值不如GB 3838―2002 Class V标准。

2.5 TN和NH3-N的去除效果

系统运行期间不同处理组的TN和NH3-N浓度随时间的变化如图7和图8所示。从图7和图8可以看出，与聚丙烯纤维相比，含铝污泥的处理组的废水中TN和NH3-N的浓度随时间稳定。铝污泥-Myriophyllum组对TN和NH3-N的去除效果最好，平均去除率分别为93.19％和96.46％。铝渣生物填料组具有二次去除效果，平均去除率为91.25％和94.42％。聚丙烯纤维-Myriophyllum组中TN和NH3-N的平均去除率分别为91.29％和91.45％。聚丙烯纤维生物填料组的去除效果最差，平均去除率分别为84.17％和88.39％。铝污泥-Myriophyllum组的出水平均TN浓度达到GB 3838-2002的IV级标准（1.5 mg ML），铝污泥生物填料组和聚丙烯纤维-Myriophyllum的出水平均TN浓度。组达到GB 3838-2002 V类标准（2.0 mg ML），聚丙烯纤维生物填料组废水中TN的平均浓度低于GB 3838-2002 V类标准。生物填料组和合并组的废水中NH3-N的平均浓度优于GB 3838-2002的IV类标准（1.5 mg ML），特别是生物填料组和合并组的废水中NH3-N的平均浓度。铝污泥-Myriophyllum组达到GB 3838-2002 II类标准（0.5 mg ML）。

3讨论

3.1水中DO浓度和pH值对脱氮除磷的影响

DO浓度水平直接影响有氧运动和氧代谢厌氧微生物，以及微生物的硝化反硝化是主要的反硝化途径[9,10]。当溶解氧浓度高于1.7 mg ML时，硝化细菌可将水中的所有NH3-N转化为硝酸盐；当DO浓度低于0.5mg ML时，硝化细菌的活性受到抑制，水中的NH3-N浓度逐渐增加。当溶解氧浓度约为0.5 mg ML时，反硝化细菌大量富集，与藻类形成良好的共生关系[11]。在该实验中，生物填充物组的流出物的DO浓度处于相对较高的水平，这可能与生物填充物组的整个水表面与空气接触有关。空气中的氧气自由进入生物填充系统，以增加水的溶解氧浓度[12]。茂盛的植物会影响进入水中的空气中的氧气，但是合并组中上部水体中的DO浓度要远远高于生物填充剂组。这是由于Myriophyllum sp。的根系分泌了氧气。[13]确保系统上部的DO浓度表明，在测试操作过程中，组合组水体上部的DO浓度可以满足系统中硝化细菌对DO的需求。 ，有利于硝化作用。同时，从组合基团系统的中部到下部的厌氧环境以及大量的填料孔隙空间为磷积累细菌和反硝化细菌提供了良好的生存环境。好氧，厌氧环境使污水经过完全的吸收和去除过程，使合并后的基团获得更好的氮，磷去除效果。

pH会影响生物填充系统中微生物的存在[14,15]。当pH为4.0〜6.0或大于9.5时，硝化细菌的生长将受到抑制[11]。在测试过程中，聚丙烯纤维生物填料组的pH值低于6.5，这不利于反硝化。由于铝污泥中含有大量的缓冲铝离子及其聚合物[16]，肉豆蔻还具有提高水体pH值的作用[17]，因此铝污泥生物填料基团，聚丙烯纤维-肉豆蔻的pH该组和铝污泥-Myriophyllum组的出水保持在6.5〜7.5，有利于硝化细菌和反硝化细菌的生长和繁殖[18]，并促进了系统的反硝化过程。

根据测试结果，铝污泥生物填料组的去除CODCr，氮和磷的能力强于聚丙烯纤维生物填料组，这可能是因为铝污泥填料提供了更有益的微生物活性微环境，例如更大的比表面积[19，20]，合适的pH，DO浓度和更好的缓冲性能；桃金娘藻与生物填料的结合提高了水中CODCr，氮和磷的去除效果。除植物吸收和吸收外，其原因可能与桃金娘藻良好的微环境有关。

3.2脱氮除磷机理的探讨

聚丙烯纤维-Myriophyllum组和铝污泥-Myriophyllum组去除CODCr的主要方法是微生物吸附和降解，植物吸附。和生物膜吸附沉淀[21,22]。可溶性有机污染物大部分通过桃金娘藻的吸附和吸收来去除。根[17]，不溶性有机污染物被系统填充剂和植物根捕获，并被微生物进一步分解和利用[21]。

聚丙烯纤维生物填料基团和聚丙烯纤维-Myriophyllum基团对磷的去除主要取决于微生物和植物在生物膜中的作用[23,24,25]。与聚丙烯纤维生物填料相比，铝泥生物填料本身在磷吸附中也起着重要作用。固定铝污泥中磷的方法主要包括离子交换[23,26]，络合[16,20]和静电效应[19,20]。铝污泥的等电点约为6。如图4所示，进水时系统的pH值为5.5〜6.5，表明此时的铝污泥表面主要带正电，并且很容易吸附水中的阴离子，此时的主要磷在水中水溶液为H2PO-4O4-存在形式，有利于H2PO-4O4-通过静电作用吸附在铝污泥上。铝污泥生物填料基团和铝污泥-Myriophyllum基团相对于原水的pH值升高与铝污泥中大量的OH基团和PO3-4O43-的离子交换作用有关。另外，铝污泥中的铝主要以无定形形式存在，这增加了磷在水中的吸附能力[26]，并且作为絮凝剂的铝离子可与水中的阴离子反应形成絮凝物。这些絮凝物也吸附并复合PO3-4-443- [25]。

生物填料与水生植物（Myriophyllum sp。）的结合系统对氮的转化途径包括微生物作用和水生植物吸收。微生物将水中的有机氮化合物分解为铵态氮，同时吸收铵态氮或硝态氮作为养分。硝化和反硝化细菌将水中的铵态氮转化为气态氮，使水中的氮有效并被完全去除[27]。水生植物在系统的脱氮过程中也起着重要作用，可以直接吸收污水中的铵态氮或硝态氮作为养分，合成自身组织结构所需的物质，并去除水中的氮[18]；水生植物具有间接反硝化作用，其大的根系可以为微生物提供巨大的附着面积，其根系的氧分泌可以增加系统中的DO浓度，在根系附近形成氧化的微环境，有利于微生物的反硝化。条件[13,17]。另外，在铝污泥生物填料组和铝污泥-桃金娘组的运行过程中，出水口附近的pH值升高，引起OH-和NH + 4H4 +之间以及铝污泥表面的中和反应。带有负电荷，它还可以通过静电作用吸收部分氮。

4结论

（1）铝污泥生物填料可以调节水体的pH值，添加Myriophyllum spicatum可以增加水体的DO浓度并产生水有利于微生物生存的微环境。增强除氮和除磷对黑臭水的作用。

（2）铝污泥生物填料组的出水水质优于聚丙烯纤维生物填料组，出水水质基本符合GB 3838-2002的V级标准；铝污泥-Myriophyllum组污染物的整体去除效果最好，出水水质符合GB 3838-2002的IV级标准。

（3）氮主要通过硝化反硝化细菌的分解转化和植物的吸收转化来去除。铝污泥生物填料可创造良好的微生物生存环境，并加强微生物的降解；磷主要通过填料-植物-微生物的联合作用被去除。铝污泥除了增强微生物的作用外，还具有对磷的吸附配位，交换，络合和静电作用，使系统达到较好的除磷效果。